DE2834766A1

DE2834766A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF RECESSED FACE SURFACES ON OPTICAL FIBERS FOR USE IN CONNECTORS

Info

Publication number: DE2834766A1
Application number: DE19782834766
Authority: DE
Inventors: Bryon J Cronk; John M Magnusson
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1977-08-05
Filing date: 1978-08-04
Publication date: 1979-02-22
Also published as: GB2002141A; IT7850609A0; FR2399673A1; US4148554A; JPS5441749A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Faseroptiken und insbesondere Verbinder für optische Fasern in Datenübertragungsanlagen.The present invention relates to fiber optics and, more particularly, to connectors for optical fibers in data transmission systems.

Das Konzept, optische Fasern in der Datenübertragung anzuwenden, ist derzeit gut fundiert - vergl. bspw. den Aufsatz "Fiber Optic Developments Spark Worldwide Interest" von R. Gundlach in "Electronics" vom 5.6.1976. Trotz der wünschenswerten Merkmale der störfreien breitbandigen Übertragung, die ins Auge gefasst sind, wurde die Ausnutzung derartiger Datenübertragungsstrecken bisher von den Problemen der Herstellung zuverlässiger, billiger und verlustarmer Verbindungen zwischen Fasern bzw. zwischen einer Faser und einem zugehörigen optischen Element wie bspw. einer Lichtquelle oder einem Photodetektor erschwert. Bei derartigen Verbindungen treten mindestens drei Arten von Schwierigkeiten auf: die axiale Ausrichtung, die Längsausrichtung bzw. der Spalt zwischen den zu verbindenden Elementen und die Winkelausrichtung.The concept of using optical fibers in data transmission is currently well founded - see, for example, the article "Fiber Optic Developments Spark Worldwide Interest" by R. Gundlach in "Electronics" of June 5, 1976. Despite the desirable features of interference-free broadband transmission that are envisaged, the use of such data transmission links has so far been the problem of making reliable, cheap and low-loss connections between fibers or between a fiber and an associated optical element such as a light source or difficult with a photodetector. Step into such connections at least three types of difficulties: the axial alignment, the longitudinal alignment or the gap between the elements to be connected and the angular alignment.

Die Axialausrichtung erhält man üblicherweise durch Präzisionshülsen, die genau auf den Außendurchmesser der Faser passen und die in sie eingesetzten Fasern in eine axiale Lage führen, in der sie dann festgelegt werden können. Die US-PSn 3.972.585, 4.005.522 und 4.008.948 zeigen unterschiedliche Verbinder mit Hülsen, in die die offenliegenden Faserenden unmittelbar eingesetzt werden.The axial alignment is usually achieved by precision sleeves that fit exactly to the outer diameter of the fiber and guide the fibers inserted into them in an axial position in which they can then be fixed. U.S. Patents 3,972,585, 4,005,522 and 4,008,948 show different connectors with sleeves into which the exposed fiber ends are inserted directly.

Bei derartigen Verbindern wird das Problem der Längsausrichtung bzw. des Endspalts dadurch gelöst, dass man die Faserenden über eine vorbestimmte Strecke so führt, dass, wenn die Enden von entgegengesetzten Enden der Hülse her eingesetzt werden, sie sich an einer vorbestimmten Stelle treffen, aneinanderstoßen bzw. einen sehr geringen Abstand zueinander einhalten (vergl. US-PS 3.972.585, Sp. 2, Z. 39-41).In such connectors, the problem of the longitudinal alignment or the end gap is solved by guiding the fiber ends over a predetermined distance so that when the ends are inserted from opposite ends of the sleeve, they meet at a predetermined point, butt against each other maintain a very small distance from one another (see US Pat. No. 3,972,585, column 2, lines 39-41).

Typische Verbinder erfordern dabei jedoch zeitraubenden Umgang mit speziellen Vorrichtungen, um die Faserenden einwandfrei auszurichten; weiterhin hat man kleine Spalte und Flüssigkeiten zur Anpassung der Brechungsindizes eingesetzt, die Kratzer und Schäden an den Faserenden infolge einer Berührung verhindern sollen.Typical connectors, however, require time-consuming handling of special devices in order to properly align the fiber ends; Furthermore, small gaps and fluids have been used to adjust the refractive indices to prevent scratches and damage to the fiber ends as a result of contact.

Um diese Vorrichtungen und die Notwendigkeit einer präzisen Ausrichtung der Faserenden zu umgehen, hat man Techniken entwickelt, bei denen man ein Ende einer optischen Faser in einer Hülse oder einem anderen Abschlußelement einfasst und dann das gemeinsame Ende von Faser und Abschlußelement poliert und/oder abschleift, bis sie koplanar und optisch flach sind (vergl. die US-PS 3.861.781, Sp. 2, Z. 39-43). Die polierten Faserenden werden dann in die Sollage gebracht, indem man die umgebenden Hülsen innerhalb einer dritten, eng gepassten Umhüllung mit den Stirnflächen aneinanderlegt. Da die Faserenden ebenflächig mit den Hülsen abschließen, ist bei diesen Systemen die Schwierigkeit des zerkratzens oder Spitterns der Faserenden infolge von Berührungen und des Aneinanderreichens nicht gelöst.To circumvent these devices and the need for precise alignment of the fiber ends, techniques have been developed in which one end of an optical fiber is encased in a ferrule or other terminating element and then the common end of the fiber and terminating element is polished and / or abraded, until they are coplanar and optically flat (see US Pat. No. 3,861,781, col. 2, lines 39-43). The polished fiber ends are then brought into the desired position by placing the surrounding sleeves against one another within a third, tightly fitted covering with the end faces. Since the fiber ends are flush with the sleeves, these systems do not solve the problem of scratching or splintering of the fiber ends as a result of touching and coming together.

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf einen lösbaren Verbinder zur optischen Kopplung einer optischen Faser mit einem zugeordneten optischen Element (wie bspw. einer anderen optischen Faser, einer Lichtquelle oder einem Photodetektor), bei dem die Probleme der axialen und Längsausrichtung, komplizierter Vorrichtungen und des Zerkratzens oder Splitterns der aneinandergepaßten Faserenden vermieden sind.The present invention is directed to a releasable connector for optically coupling an optical fiber to an associated optical element (such as another optical fiber, a light source or a photodetector), in which the problems of axial and longitudinal alignment, complicated devices and scratching or splintering of the matched fiber ends are avoided.

In der vorliegenden Erfindung weist der Verbinder ein Gehäuseelement auf, das um ein Ende einer optischen Faser herumgeformt sein oder eine Öffnung zwischen einem vorderen und einem hinteren Teil aufweisen kann, durch die eine optische Faser eingeführt werden kann. Vorzugsweise ist das Ende der Faser so angeordnet, dass es geringfügig über das Ende des Vorderteils hinaus vorsteht. Weiterhin ist in das Gehäuseelement vorzugsweise eine Hülse mit einer durch die verlaufenden kreisrunden Öffnung befestigt; diese Hülse schafft also die Öffnung, durch die eine optische Faser eingesetzt werden kann. Die Öffnung im Gehäuseelement (bzw. ggf. die Hülse) ist geringfügig größer gewählt als eine optische Faser, mit der es eingesetzt werden soll. Weiterhin ist der Vorderteil des Gehäuseelements, der die Öffnung umgibt, durch die eine eingesetzte optische Faser vorsteht, aus einem Werkstoff gefertigt, dessen Verschleiß geringer als der der Faser ist, wenn man beide unter vorbestimmten Bedingungen poliert.In the present invention, the connector has a housing member molded around an end of an optical fiber or have an opening between a front and a rear part through which an optical fiber can be inserted. Preferably, the end of the fiber is arranged so that it protrudes slightly beyond the end of the front part. Furthermore, a sleeve with a circular opening running through the housing element is preferably fastened in the housing element; this sleeve thus creates the opening through which an optical fiber can be inserted. The opening in the housing element (or possibly the sleeve) is selected to be slightly larger than an optical fiber with which it is to be used. Furthermore, the front part of the housing element, which surrounds the opening through which an inserted optical fiber protrudes, is made of a material whose wear is less than that of the fiber when both are polished under predetermined conditions.

Vorzugsweise weist die optische Faser einen Kern aus einem Material mit hohem Brechungsindex auf, der von einer Hüllschicht aus Werkstoff mit niedrigerem Brechungsindex umhüllt ist. In diesem Fall wird das Kernmaterial zu einem geringeren Verschleiß als dem der umgebenden Umhüllungswerkstoffe, aber einem höheren Verschleiß als dem der Hülse gewählt.The optical fiber preferably has a core made of a material with a high refractive index, which is covered by a cladding layer made of material with a lower refractive index. In this case, the core material is selected to have less wear than that of the surrounding cladding materials, but more wear than that of the sleeve.

Der Verbinder nach der vorliegenden Erfindung weist weiterhin Mittel auf, um die in der Öffnung im Gehäuseelement zentrierte und vorstehende Faser dauerhaft festzulegen und so eine Relativbewegung zwischen Faser und Gehäuseelement zu verhindern. Nachdem man die Faser so festgelegt hat, kann man den Vorderteil des Gehäuseelements und die vorstehenden Fasern abschleifen, so dass man im wesentlichen ebene Stirnflächen erhält, die rechtwinklig zur Achse verlaufen. Die ebenen Stirnflächen kann man dann unter den vorbestimmten Bedingungen polieren, so dass das Faserende glatt und als Ergebnis der unterschiedlichen Materialabhubgeschwindigkeiten geringfügig in den Vorderteil des Gehäuseelements vertieft wird.The connector according to the present invention further comprises means for permanently securing the fiber centered and protruding in the opening in the housing element, and so on to prevent relative movement between the fiber and the housing element. After the fiber has been fixed in this way, the front part of the housing element and the protruding fibers can be abraded so that essentially flat end faces are obtained which are perpendicular to the axis. The flat end faces can then be polished under the predetermined conditions so that the fiber end is smooth and, as a result of the different material removal speeds, is slightly deepened in the front part of the housing element.

Das Gehäuseelement weist weiterhin Mittel zum Umschließen der Kombination Faser/Hülse und Mittel auf, um dass vertiefte Faserende axial ausgerichtet und denen ebenen Vorderteil des Gehäuseelements mit der Stirnfläche stumpf auf einem zugehörigen optischen Element - bspw. einer anderen Faser, einer Lichtquelle oder einem Photodetektor - zu halten, um eine axial fluchtende Lage zu gewährleisten und die Schnittfläche zwischen diesen Elementen einzuschließen, damit keine Verunreinigungen zur Faser gelangen und dort optische Verluste verursachen können. Obgleich das Ende der Hülse stumpf an ein anderes Element anstößt, ergibt die vertiefte Lage der Faserstirnfläche innerhalb der Hülse einen kleinen Spalt entlang der Achse zwischen dem Faserende und dem zugehörigen optischen Element und verhindert eine Beeinträchtigung des optischen Wirkungsgrades, die sich aus einem Splittern oder Zerkratzen der Faserstirnfläche ergeben könnte. Dieses Splittern oder Zerkratzen sowie die dadurch verursachte Lichtstreuung an der Stirnfläche können bspw. auftreten, wenn eine Verbindung gelöst wird oder wenn im Einsatz mechanische Schwingungen auftreten.The housing element furthermore has means for enclosing the combination fiber / sleeve and means to ensure that the recessed fiber end is axially aligned and that the flat front part of the housing element with the end face is butted on an associated optical element - for example another fiber, a light source or a photodetector. to ensure an axially aligned position and to include the interface between these elements so that no contamination can get to the fiber and cause optical losses there. Although the end of the sleeve abuts another element, the recessed position of the fiber end face within the sleeve creates a small gap along the axis between the fiber end and the associated optical element and prevents the optical efficiency from being impaired by splitting or scratching the fiber end face could result. This splintering or scratching, as well as the resulting light scattering on the end face, can occur, for example, when a connection is loosened or when mechanical vibrations occur during use.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbinderkonstruktion zwei rohrförmige Hülsen auf, die jeweils ein Ende einer optischen Faser aufnehmen können, das optisch mit der anderen Faser gekoppelt werden soll. In einer solchen Ausführungsform können der Endteil mindestens einer Hülse und das zugehörige Faserende poliert werden, um eine glatte und vertiefte Faserstirnfläche zu erzeugen. Das Gehäuse kann dann die axial aneinanderliegenden Enden beider Hülsen aufnehmen.In a preferred embodiment, the connector structure has two tubular sleeves, each of which can receive an end of an optical fiber that is to be optically coupled to the other fiber. In such an embodiment, the end portion of at least one sleeve and the associated fiber end can be polished to produce a smooth and recessed fiber end face. The housing can then accommodate the axially adjacent ends of the two sleeves.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum optischen Koppeln einer optischen Faser mit einem zugehörigen optischen Element wie bspw. einer weiteren optischen Faser, einer Lichtquelle oder einem Photodetektor. Nach diesem Verfahren sieht man ein zuvor beschriebenes Gehäuseelement vor, dessen Vorderteil unter vorbestimmten Polierbedingungen weniger schnell verschleißt als die optisch zu koppelnde Faser. Man setzt die Faser in den hinteren Teil der Öffnung im Gehäuseelement ein, so dass das Faserende über den Vorderteil hinaus vorsteht, und legt die permanent in dieser Lage fest, um eineThe present invention further provides a method for optically coupling an optical fiber to an associated optical element such as, for example, a further optical fiber, a light source or a photodetector. According to this method, a previously described housing element is provided, the front part of which, under predetermined polishing conditions, wears less quickly than the fiber to be optically coupled. The fiber is inserted into the rear part of the opening in the housing element so that the fiber end protrudes beyond the front part, and the fiber is permanently fixed in this position around a

Relativbewegung zum Gehäuseelement zu verhindern. Das vorstehende Faserende und der Vorderteil des Gehäuses werden dann zu einer im wesentlichen koplanaren Stirnfläche auf dem Vorderteil und der Faser abgeschliffen, die rechtwinklig zur Faserachse verläuft; danach poliert man die koplanaren Stirnflächen unter den vorbestimmten Polierbedingungen, so dass sich innerhalb des Endteils des Gehäuseelements infolge der unterschiedlichen Materialabhubgeschwindigkeit beim Polieren eine glatte und geringfügig vertiefte Faserstirnfläche ergibt. Vorzugsweise poliert man, indem man die koplanaren Stirnflächen auf eine elastische und teilweise anpassungsfähige Polierfläche drückt, auf der sich ein vorgewähltes Poliermittel befindet. Die Elastizität, die Oberflächenbeschaffenheit, der Druck und das Poliermittel werden so gewählt, dass die abriebfesteren Elemente wie das Gehäuseelement weniger stark beeinflusst werden, während die Oberfläche des elastischen Elements sich in die weniger abriebfesten Elemente wie die Faser und die noch weicheren Hüllwerkstoffe, Beschichtungen und Kleber einarbeitet und diese bevorzugt abarbeitet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, in der solche Ummantelungselemente vorgesehen sind und man eine größere Vertiefung im Bereich derselben erhält, wird die Faserstirnfläche vorzugsweise konvex, so das man die Stirnfläche schützt und gleichzeitig eine gewisse Fokussierung des durchlaufenden Lichts erhält.To prevent relative movement to the housing element. The protruding fiber end and the front part of the housing are then ground to a substantially coplanar face on the front part and the fiber which is perpendicular to the fiber axis; then the coplanar end faces are polished under the predetermined polishing conditions so that a smooth and slightly recessed fiber end face results within the end part of the housing element as a result of the different material removal speed during polishing. It is preferable to polish by pressing the coplanar end faces onto an elastic and partially adaptable polishing surface on which a preselected polishing agent is located. The elasticity, the surface quality, the pressure and the polishing agent are chosen so that the more abrasion-resistant elements such as the housing element are less affected, while the surface of the elastic element is divided into the less abrasion-resistant elements such as the fiber and the even softer shell materials, coatings and Incorporates glue and prefers to work it off. In a particularly preferred embodiment, in which such sheathing elements are provided and a larger depression is obtained in the area thereof, the fiber end face is preferably convex, so that the end face is protected and at the same time a certain focusing of the light passing through is obtained.

Die Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Verbinderkonstruktion nach der vorliegenden Erfindung;Figure 1 is a sectional view of a connector structure embodying the present invention;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt eines Teils einer Faser in einer Faserverbinderstruktur wie der der Fig. 1 und zeigt Einzelheiten an der Stirnfläche der Faser;Figure 2 is an enlarged section of a portion of a fiber in a fiber connector structure such as that of Figure 1 showing details of the end face of the fiber;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt einer weiteren Faser/Faser-Schnittstelle;Figure 3 is an enlarged section of another fiber / fiber interface;

Fig. 4 ist ein vergrößerter Schnitt eines Teils eines weiteren Verbinders, der für Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden kann, undFig. 4 is an enlarged section of a portion of another connector that can be used for fibers of different diameters, and

Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils eines weiteren Verbinders, der eine optische Faser an ein zugehöriges optisches Element wie bspw. eine Lumineszenzdiode ankoppeln kann.Fig. 5 is an enlarged sectional view of a portion of another connector that can couple an optical fiber to an associated optical element such as a light emitting diode.

Eine bevorzugte Konstruktion des Verbinders nach der vorliegenden Erfindung,A preferred construction of the connector according to the present invention,

wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht aus einer Plattendurchführung 12 und einerAs shown in Fig. 1, consists of a plate feedthrough 12 and a

Steckanordnung 14. Die Anordnungen 12, 14 sind gegeneinander versetztPlug-in arrangement 14. The arrangements 12, 14 are offset from one another

dargestellt, um die relativ Lage der unterschiedlichen Teile in ihnen zushown to indicate the relative location of the different parts in them

verdeutlichen. Weiterhin sind in der Fig. 1 die relativen Abmessungen rechtwinkligclarify. Furthermore, in Fig. 1, the relative dimensions are rectangular

zur Achse der Fasern übertrieben dargestellt, damit die einzelnen Elemente besserExaggerated to the axis of the fibers, so that the individual elements better

darstellbar sind.are representable.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weist die Plattendurchführung 12 ein Außengehäuse 16 aus Formkunststoff und eine Hülse 18 aus nichtrostendem Stahl auf, die in das Gehäuse eingepresst und mit ihm verklebt ist. Das Gehäuse 16 ist mit einem rückwärtigen Gewindeteil 20 versehen, mit dem es in eine Trennwand 22 mittels einer Mutter 24 auf herkömmliche Weise eingeschraubt werden kann. Ein Vorderteil des Gehäuses 16 ist mit einer Vertiefung 26 versehen, die einen passenden Teil der Steckanordnung aufnehmen kann. Die Stahlhülse 18 steht nach vorn aus dem Gehäuse 16 vor und ist auf eine Weise abgeschlossen, wie sie im folgenden erläutert wird.In the embodiment shown in FIG. 1, the plate feed-through 12 has an outer housing 16 made of molded plastic and a sleeve 18 made of stainless steel, which is pressed into the housing and glued to it. The housing 16 is provided with a rear threaded part 20 with which it can be screwed into a partition wall 22 by means of a nut 24 in a conventional manner. A front part of the housing 16 is provided with a recess 26 which can receive a mating part of the connector assembly. The steel sleeve 18 projects forwardly from the housing 16 and is closed in a manner as will be explained below.

Die Steckanordnung 14 weist ebenfalls ein Außengehäuseelement 28 auf, in das eine Metallzwinge 30 eingedrückt ist, in die wiederum eine Hülse 32 aus nichtrostendem Stahl eingedrückt ist.The plug-in arrangement 14 also has an outer housing element 28 into which a metal clamp 30 is pressed, into which in turn a sleeve 32 made of stainless steel is pressed.

Die Art und Weise, auf die die Hülsen 18, 32 der Durchführung 12 und der Steckanordnung 14 auf die zugehörigen optischen Fasern aufgesetzt und abgeschlossen werden, um die Verbindung zu vervollständigen, stellt einen wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung dar und soll nun unter Bezug auf die oben beschriebenen Verbinderelemente erläutert werden.The manner in which the sleeves 18, 32 of the feedthrough 12 and the connector assembly 14 are fitted and terminated on the associated optical fibers in order to complete the connection constitutes an essential part of the present invention and shall now be understood with reference to FIGS connector elements described above are explained.

Die Plattendurchführung 12 soll eine optische Faser 34 abschließen, die sich in einer Ummantelung 36 befindet. DieThe panel feed-through 12 is intended to terminate an optical fiber 34 which is located in a jacket 36. the

Faser 34 kann typischerweise auch eine äußere Hüllschicht aufweisen, die einen niedrigeren Brechungsindex als die Faser hat; sie ist in Fig. 1 zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Soll eine solche Faser mit der Plattendurchführung zusammen eingesetzt werden, entfernt man einen Teil des Mantels 36, so dass die Faser 34 über das Ende des Mantels 36 hinaus in einer Länge vorsteht, die größer ist als die Gesamtlänge der Plattendurchführung 12. Die Faser 34 und eine Hülse 18 aus nichtrostendem Stahl werden so gewählt, dass der Außendurchmesser der Faser 34 im wesentlichen gleich bzw. geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 18 ist. Die Faser wird dann durch die Hülse 19 so eingesetzt, dass das Faserende geringfügig über das Hülsenende vorsteht. Die Faser wird permanent in der Hülse mit einem geeigneten Kleber 38 wie bspw. einem Epoxyharz festgelegt, um eine Relativbewegung zwischen Faser und Hülse zu verhindern. Nachdem der Kleber abgebunden hat (bspw. durch Aushärten des Epoxyharzes), schneidet man die überstehende Faserlänge am Ende der Hülse 18 nahe deren Stirnfläche ab. Das Ende der Hülse und der Faser werden dann mit einem Schleifmittel geeigneter Korngröße abgeschliffen, um beschädigte Endteile der Faser zu entfernen und die Stirnflächen der Faser und der Hülse glatt und rechtwinklig zur Achse der Faser zu legen.Fiber 34 may also typically have an outer cladding layer that has a lower index of refraction than the fiber; it is not shown in FIG. 1 for the sake of clarity. If such a fiber is to be used together with the panel feed-through, a portion of the jacket 36 is removed so that the fiber 34 protrudes beyond the end of the jacket 36 by a length which is greater than the total length of the panel feed-through 12. The fibers 34 and a sleeve 18 made of stainless steel are selected so that the outer diameter of the fiber 34 is essentially the same or slightly smaller than the inner diameter of the sleeve 18. The fiber is then inserted through the sleeve 19 so that the fiber end protrudes slightly beyond the sleeve end. The fiber is permanently fixed in the sleeve with a suitable adhesive 38, such as an epoxy resin, in order to prevent relative movement between the fiber and the sleeve. After the adhesive has set (for example by curing the epoxy resin), the protruding fiber length is cut off at the end of the sleeve 18 near its end face. The end of the ferrule and fiber are then ground with an abrasive of the appropriate size to remove damaged end portions of the fiber and to make the end faces of the fiber and ferrule smooth and perpendicular to the axis of the fiber.

An diesem Punkt wird eine kritische Phase des Zusammensetzens des Verbinders nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Das Ende 40 der Faser 34 wird in das Ende der Hülse 18 hinein vertieft ausgearbeitet und der Faser 34 eine konvexe Krümmung erteilt, indem man die Faserenden unterscheidet, während die Faser und die Hülse poliert werden. Dieses Unterschneiden erfolgt während eines Poliervorgangs unter vorbestimmten Polierbedingungen, die man abhängig von den Eigenschaften der optischen Faser und des Hülsenwerkstoffs wählen muss. Es hat sich bspw. herausgestellt, dass man eine Vertiefung der Faserstirnfläche erhält, wenn bei vorgegebenem Polierwerkzeug und Poliermittel die Abriebeigenschaften der Hülse und der Faser derart sind, dass die Faser weniger abriebfest als die Hülse ist, d.h. dass beim Polieren mehr Fasermaterial abgehoben wird. Es hat sich herausgestellt, dass es schwer ist vorauszusagen, ob ein solches Unterschneiden bei einer gegebenen Hülse und optischen Faser beim Einsatz eines bestimmten Poliermaterials und/oder einer bestimmten Poliermasse tatsächlich auftritt, bevor man diese spezielle Kombination von Arbeitsbedingungen nicht tatsächlich ausprobiert hat. Wie jedoch in den unten folgenden Beispielen angegeben, erhält man eine Vertiefung der Faser, wie die Fig. 1 sie zeigt, wenn man die geeigneten Materialien verwendet und die Faser/Hülsen-Kombinationen auf dem geeigneten Polierwerkzeug poliert, das man mit dem geeigneten Poliermittel getränkt hat.At this point a critical phase of assembling the connector of the present invention is carried out. The end 40 of the fiber 34 is machined recessed into the end of the ferrule 18 and the fiber 34 is given a convex curvature by distinguishing the fiber ends while the fiber and ferrule are being polished. This undercutting takes place during a polishing process under predetermined polishing conditions that must be selected depending on the properties of the optical fiber and the sleeve material. It has been found, for example, that a deepening of the fiber end face is obtained if, with a given polishing tool and polishing agent, the abrasion properties of the sleeve and the fiber are such that the fiber is less abrasion-resistant than the sleeve, i.e. more fiber material is lifted off during polishing. It has been found that it is difficult to predict whether such undercutting will actually occur in a given ferrule and optical fiber using a particular polishing material and / or compound until one has actually tried this particular combination of working conditions. However, as indicated in the examples below, a recess in the fiber as shown in FIG. 1 is obtained if the appropriate materials are used and the fiber / sleeve combinations are polished on the appropriate polishing tool which is soaked with the appropriate polishing agent Has.

Die andere Hälfte der Verbindung der Fig. 1, d.h. die Steckanordnung 14, wird auf ähnliche Weise zusammengesetzt. In dieser anordnung wird eine in einem Mantel 44 vorliegende optische Faser 42 znächst vorbereitet, indem man den Mantel so weit entfernt, dass die Faser 42 mindestens eine geeignete Entfernung über das Ende des Mantels 44 hinaus vorsteht.The other half of the connection of Figure 1, i.e., the connector assembly 14, is assembled in a similar manner. In this arrangement, an optical fiber 42 in a cladding 44 is first prepared by removing the cladding so that the fiber 42 protrudes beyond the end of the cladding 44 at least a suitable distance.

Dann wird die Faser 42 in eine Hülse 32 aus nichtrostendem Metall geeigneten Druchmessers so eingesetzt, dass diese die Faser eng umgibt und die Faser so durch sie hindurch- und über sie vorsteht, dass gesplitterte oder beschädigte Faserteile vor der Hülse 32 offenliegen. Die Faser wird dann in der Hülse 32 mit einen geeigneten Kleber 45 - bsps. einem permanent festgelegt. Nachdem der Kleber schlieft man die Enden der Faser/Hülse mit einem Schleifmittel geeigneter Korngröße ab, und beschädigte Faserteile zu entfernen und die Stirnflächen miteinander und rechtwinklig zur Faserachse zu machen. vorzugsweise werden die Enden dann auch poliert, um die Stirnfläche der Faser, wie oben beschrieben, konvex einzulassen.The fiber 42 is then inserted into a sleeve 32 made of stainless metal of suitable diameter so that it closely surrounds the fiber and the fiber protrudes through it and over it in such a way that splintered or damaged fiber parts are exposed in front of the sleeve 32. The fiber is then in the sleeve 32 with a suitable adhesive 45 - ex. one permanently fixed. After the glue is finished, the ends of the fiber / sleeve are finished with an abrasive of the appropriate grain size, and damaged fiber parts are removed and the end faces are made together and at right angles to the fiber axis. Preferably, the ends are then also polished in order to let the end face of the fiber convexly, as described above.

Die relative Lage der Hülse 32 bezüglich des Endes des Mantels 44 ist nur insofern kritisch, als es erwünscht ist, dass der Mantel 44 eine kurze Strecek innerhalb des Genauses 28 der enordnung verläuft, um den offenliegenden Faserabschnitt zu schützen. Kritischer ist, dass die Hülse 32 in der Zwinge 30The relative location of the sleeve 32 with respect to the end of the sheath 44 is critical only in that it is desired that the sheath 44 extend a short distance within the circumference 28 of the order to protect the exposed fiber section. It is more critical that the sleeve 32 is in the ferrule 30

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und die Zwinge 30 im Gehäuse 28 so angeordnet sein müssen, dass, wenn die zusammengesetzten Teile der Steckanordnung 14 in die Plattendurchführung 12 eingesteckt werden, die Hülsen 18, 32 stumpf aneinanderliegen, ohne dass ein Spalt diese Elemente trennt, wie mit den gegeneinander gewandten Pfeilen 46 angedeutet. Demgegenüber werden bei zusammengesetzten Elementen die vorderen Enden des Gehäuses 28 von der Vertiefung 26 des Gehäuses der Plattendurchführung aufgenommen, so das ein kleiner Spalt 48 bleibt, während die Vorderkante der Zwinge 30 vom Gehäuse 16 der Plattendurchführung über einen schmalen Spalt 52 beabstandet liegt. Die Spalte 48, 52 gewährleistet, dass die einander zugewandten Kanten der Hülsen 18, 32 stumpf aneinanderliegen und die Stirnflächen der Faser 40, 50 nahe beieinander vertieft liegen, so dass die optische Kopplung optimiert ist und die Faserenden durch Berühren der Elemente nicht splittern oder zerkratzt werden können. Das aufgeweitete Ende der Zwinge 30 gewährleistet weiterhin, dass die Hülse 18 sich leicht einsetzten lässt und axial fluchtend mit der entsprechenden Hülse 32 der Steckanordnung 14 gehalten wird. Eine geringe Abrundung der Enden der Hülsen 18, 32 beim Schleifen und Polieren erleichtert es weiterhin, die Hülsen in die Zwinge 30 einzusetzen.and the clamp 30 must be arranged in the housing 28 such that, when the assembled parts of the plug-in arrangement 14 are inserted into the panel feed-through 12, the sleeves 18, 32 butt against each other without a gap separating these elements, as with the arrows facing each other 46 indicated. In contrast, when the elements are assembled, the front ends of the housing 28 are received by the recess 26 of the housing of the panel feed-through, so that a small gap 48 remains, while the front edge of the ferrule 30 is spaced from the housing 16 of the panel feed-through via a narrow gap 52. The gap 48, 52 ensures that the facing edges of the sleeves 18, 32 are butt against each other and the end faces of the fibers 40, 50 are recessed close to each other so that the optical coupling is optimized and the fiber ends do not splinter or scratch when touching the elements can be. The widened end of the clamp 30 also ensures that the sleeve 18 can be easily inserted and is held axially in alignment with the corresponding sleeve 32 of the plug-in arrangement 14. A slight rounding of the ends of the sleeves 18, 32 during grinding and polishing also makes it easier to insert the sleeves into the ferrule 30.

Es ist einzusehen, dass eine Vertiefung in nur einem der beiden Elemente ausreicht, um ein Zerkratzen der optischen Elemente in ihnen infolge Berührung der Fasern zu vermeiden.It can be seen that a recess in only one of the two elements is sufficient to avoid scratching the optical elements in them as a result of touching the fibers.

Es braucht also nur eine der optischen Fasern 34, 42 poliert zu werden, da die Stirnfläche 46 oder 50 einzulassen; dennoch ist gewährleistet, dass die Faserenden einander nicht berühren und somit splittern oder zerkratzt werden können. Um jedoch ein Splittern oder Zerkratzen der Faserenden durch andere Elemente - bspw. die gegenüberliegende Hülse, Zwinge oder dergl. - zu verhindern, werden vorzugsweise beide Faserenden vertieft ausgeführt.So it only needs to be polished one of the optical fibers 34, 42, since the end face 46 or 50 let in; Nevertheless, it is guaranteed that the fiber ends do not touch each other and thus splinter or be scratched. However, in order to prevent splintering or scratching of the fiber ends by other elements - for example the opposite sleeve, ferrule or the like -, both fiber ends are preferably made deepened.

Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft der Verbindung nach der vorliegenden Erfindung ist, dass während des Polierens die optischen Fasern beide in der Hülse vertieft werden und eine geringfügige Krümmung erhalten. In die Faser ein- oder aus ihr austretendes Licht wird also fokussiert, anstatt an der Schnittfläche zwischen dem Faserende und dem angrenzenden optischen Element verlorenzugehen.Another desirable property of the joint of the present invention is that, during polishing, the optical fibers are both recessed in the ferrule and given a slight curvature. Light entering or exiting the fiber is therefore focused instead of being lost at the interface between the fiber end and the adjoining optical element.

Die Fig. 2 zeigt als vergrößerten Schnitt die Schnittstelle zwischen zwei miteinander verbundenen optischen Fasern, bspw. den Fasern 34, 42 der Fig. 1. In der Fig. 2 sind die beiden Kernfasern 52 und 54 aus Siliziumoxidglas mit 200 µm Durchmesser von 50 µm dicken Schichten 56, 58 eines Siliconmaterials mit geringem Brechungsindex umhüllt, während die Siliconschichten ihrerseits von 75 µm dicken Mantelschichten 60, 62 aus dem Kunststoff "Hytrel", einem aromatischen2 shows as an enlarged section the interface between two interconnected optical fibers, for example the fibers 34, 42 of FIG. 1. In FIG. 2, the two core fibers 52 and 54 are made of silicon oxide glass with a diameter of 200 μm by 50 μm thick layers 56, 58 of a silicone material with a low refractive index, while the silicone layers are in turn covered by 75 μm thick coating layers 60, 62 made of the plastic "Hytrel", an aromatic

Polyesterelastomer der Fa. DuPont ummantelt sind. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wurden die gesamten Faseranordnungen mit Innenkern, Innenschicht und Außenmantel in die Hülsen 64, 66 aus nichtrostendem Stahl so eingesetzt, dass die Enden der Faseranordnung über das Ende der Hülse hinaus vorstand. Danach wurden die Anordnungen mit einem Epoxyharzkleber 68, 70 (bspw. "Five Minute Epoxy" der Fa. Devon Corp.) permanent in der Hülse festgelegt. In der Ausführungsform der Fig. 2 betrug der Gesamtdurchmesser der Faseranordnung etwa 450 µm; es wurde also eine Stahlhülse mit einem Außendurchmesser von
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µm und einem Innendurchmesser von 495 µm verwendet, so dass ein radialer Spalt von etwa 19 µm für den Kleber verblieb.Polyester elastomer from DuPont are coated. In the embodiment shown in FIG. 2, the entire fiber arrangements with inner core, inner layer and outer jacket were inserted into the sleeves 64, 66 made of stainless steel in such a way that the ends of the fiber arrangement protruded beyond the end of the sleeve. The arrangements were then fixed permanently in the sleeve with an epoxy resin adhesive 68, 70 (for example "Five Minute Epoxy" from Devon Corp.). In the embodiment of FIG. 2, the overall diameter of the fiber arrangement was approximately 450 μm; So it became a steel sleeve with an outer diameter of
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µm and an inner diameter of 495 µm were used, so that a radial gap of about 19 µm remained for the adhesive.

Jede der Fasern 52, 54 wurde vorbereitet, indem sie in die zugehörige Hülse 64, 66 so eingesetzt wurde, dass etwa 1 mm der Schicht- und Mantelanordnung über das Hülsenende vorstand. Eine Polierscheibe mit 2,5 cm Durchmesser mit frischem nassem Schleifpapier mit Silizizumkarbidschleifkorn von 600-mesh-Korngröße wurde verwendet, um die Faser auf etwa 125 µm vor der Stahlhülse benutztem 600-mesh-Siliziumcarbid-Schleifpapier das Faserende nass bündig zur Stahlhülse abgeschliffen. Zum Polieren und Unterschneiden wurde das Erzeugnis N309 (Ferrioxid) der Fa. American Optical Company verwendet, mit dem ein poromeres Kunstleder als Polierstoff getränkt worden war, wie es von der Fa. Geos Company, Mt. Vernon, N.Y., V.St.A. als "Politex Pix" - Polierkissen vertrieben wird. Die so behandelte Polierfläche war wassernass und wurde mit etwaEach of the fibers 52, 54 was prepared by inserting it into the associated sleeve 64, 66 such that about 1 mm of the layer and cladding arrangement protruded from the sleeve end. A 2.5 cm diameter polishing pad with fresh, wet sandpaper with silicon carbide abrasive grain of 600 mesh grain size was used to wet-abrade the fiber to the steel sleeve on 600 mesh silicon carbide abrasive paper used about 125 microns in front of the steel sleeve. The product N309 (ferric oxide) from American Optical Company was used for polishing and undercutting in which a poromeric synthetic leather had been impregnated as a polishing substance, as it is from the Geos Company, Mt. Vernon, N.Y., V.St.A. sold as "Politex Pix" polishing pad. The polishing surface treated in this way was wet with water and was approx

770 0/min gedreht. Die Stirnflächen von Faser und Hülse wurden dabei auf die Polierfläche mit etwa 300 g Kraft aufgedrückt, so das der Poliervorgang nach etwa fünf Minuten abgeschlossen war. Es ergab sich, dass die Stirnfläche des Faserkerns dann eine konvexe Krümmung aufwies, bei der der Mittelteil des Kerns von der Stirnebene der Stahlhülse aus etwa 12 µm vertieft lag, während die Kernkanten maximal etwa 50 µm unterschnitten waren. Die Abriebfesten Elemente, d.h. die Stahlhülsen blieben im wesentlichen eben, waren aber an der Inn- Außenkante geringfügig abgerundet, wie in Fig. 2 gezeigt. Als die so zubereiteten Hülsen 64, 66 und die in sie eingeklebten optischen Fasern in einer äußeren Paßhülse (die hier nicht gezeigt ist) stumpf aneinandergelegt wurden, ergab sich eine Verbindungsstruktur, wie sie im wesentlichen in Fig. 1 gezeigt ist.770 rpm. The end faces of the fiber and sleeve were pressed onto the polishing surface with about 300 g of force, so that the polishing process was completed after about five minutes. It was found that the end face of the fiber core then had a convex curvature in which the central part of the core was recessed from the end plane of the steel sleeve by about 12 μm, while the core edges were undercut by a maximum of about 50 μm. The abrasion-resistant elements, i.e. the steel sleeves, remained essentially flat, but were slightly rounded at the inner-outer edge, as shown in FIG. When the sleeves 64, 66 prepared in this way and the optical fibers glued into them were butted together in an outer fitting sleeve (which is not shown here), a connection structure as essentially shown in FIG. 1 resulted.

Wie bereits erwähnt, braucht nur eine der aneinandergrenzenden optischen Faserflächen eingelassen werden, wie die vorliegende Erfindung vorsieht. Die Fig. 3 zeigt die Verbindung von zwei optischen Fasern nach der vorliegenden Erfindung, bei der nur eine der Fasern so zubereitet worden ist. Wie in der linken Hälfte dieser Figur ersichtlich, wurde eine Kernfaser 71 aus Siliziumdioxid mit 250 µm Durchmesser in einer 50 µm dicken Siliconschicht 72 mit geringem Berechnungsindex in eine Hülse 73 aus nichtrostendem Stahl mit einem Innendurchmesser von 394 µm eingesetzt und der Kern und die Hüllschicht mit der Stahlhülse dann mit einem Epoxyharz 74 permanent verklebt. Nach dem Aushärten des Harzes wurde der über das Hülsenende vorstehende Faser- und Hüllschichtteil so abgeschliffen, dass Hülse 73, Kern 71 und die Hüllschicht 72 im wesentlichen bündig miteinander abgeschlossen. Das ebene Ende der Kombination wurde dann, wie oben beschrieben, mit einer pornomeren Polierscheibe poliert, die mit N 309 Rouge der Fa. American Optical getränkt war, bis der Siliziumdioxidkern 71 etwa 25 µm auf der Achse und etwa 50 µm am Außendurchmesser unterschnitten war. Wie in der rechten Hälfte der Fig. 3 ersichtlich, wurde eine zweite optische Faser 75 ähnlicher Zusammensetzung und ähnlichen Durchmessers wie die Faser 71 und mit einer Siliconhüllschicht 76 auf entsprechende Weise mit einem Epoxyharz 80 permanent in einer Hülse 78 aus nichtrostendem Stahl festgeklebt. Diese Anordnung wurde dann auf der Stirnfläche bündig abgeschliffen, wie oben beschrieben, aber nicht poliert, um die Stirnfläche der optischen Faser 75 zu unterschneiden. Ein solches Element lässt sich dennoch mit Vorteil in Kombination mit der Anordnung aus einem unterschnittenen Kern 71 und einer Hülse 73 ein- setzen, da die eine unterschnittene Fläche eine Berührung der beiden Faserstirnflächen mit angrenzenden optischen Elementen verhindert. Eine solche Anordnung wird axial ausgerichtet gehalten, indem man die jeweils Hülse in eine engpassende Außenumhüllen (nicht gezeigt) einsetzt, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.As already mentioned, only one of the adjoining optical fiber surfaces needs to be let in, as the present invention provides. Figure 3 shows the connection of two optical fibers according to the present invention in which only one of the fibers has been so prepared. As in The left half of this figure shows a core fiber 71 made of silicon dioxide with a diameter of 250 μm in a 50 μm thick silicone layer 72 with a low refractive index in a sleeve 73 made of stainless steel with an inner diameter of 394 μm and the core and the cladding layer with the steel sleeve then permanently bonded with an epoxy resin 74. After the resin had cured, the fiber and cladding layer part protruding beyond the end of the tube was ground off in such a way that the tube 73, core 71 and cladding layer 72 are essentially flush with one another. The flat end of the combination was then polished, as described above, with a pornomeric polishing pad impregnated with N 309 Rouge from American Optical until the silicon dioxide core 71 was undercut about 25 μm on the axis and about 50 μm on the outer diameter. As can be seen in the right half of FIG. 3, a second optical fiber 75 of similar composition and similar diameter to the fiber 71 and with a silicone covering layer 76 was permanently glued in a corresponding manner with an epoxy resin 80 in a sleeve 78 made of stainless steel. This arrangement was then ground flush on the face, as described above, but not polished to undercut the face of the optical fiber 75. Such an element can nevertheless be advantageously combined with the arrangement of an undercut core 71 and a sleeve 73. because the one undercut surface prevents the two fiber end faces from touching adjacent optical elements. Such an arrangement is kept axially aligned by inserting the respective sleeve into a tight-fitting outer cover (not shown), as shown in FIG. 1.

Die Anwendbarkeit der Verbinderkonstruktion nach der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer optischen Kopplung zwischen optischen Fasern unterschiedlichen Durchmessers ist in Fig. 4 gezeigt. In dieser Figur ist eine Siliziumdioxidfaser
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mit 200 µm Durchmesser mit einer Hüllschicht 84 aus Siliconmaterial mit niedrigem Brechungsindex und einer 75 µm dicken Ummantelung
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permanent in einer Hülse 88 aus nichtrostendem Stahl mit einer 19 µm dicken Schicht eines Klebers (bspw. Epoxyharz) festgelegt. Nach dem Befestigen der optischen Faseranordnung in der Hülse 88 wurden die Faser- und Hülsenenden geschliffen und poliert, wie oben erläutert, um eine konvexe Stirnfläche an der Faser herzustellen, die unter die Stirnebene der Hülse 88 etwa 12 µm an der Faserachse und etwa 25 µm an der Faseraußenkante eingelassen ist. In dieser Ausführungsform wurde die Vertiefung auf die gleiche Weise hergestellt, wie für die Fasern in Fig. 1 und 2 erläutert. Der rechte Teil der Verbinderkonstruktion in Fig. 4 weist einen Faserkern 92 aus Siliziumdioxid mit 100 µm Durchmesser mit einer 125 µm dicken Umhüllung 94 aus Silicon auf. In dieser Ausführungsform wurde eine (nicht gezeigte) Ummantelung auf der Hüllschicht zunächst entfernt, um die Verwendung einer Hülse aus nichtrostendem Stahl, die einen geringeren Durchmesser aufwies, zu erleichtern. Die Hülse 96 wurde dann auf der Ummantelung 94 mit einem organischen Kleber 98 auf die oben beschriebene Weise festgelegt. Wie zur Fig. 3 gezeigt, wurden die Faser und die Schichtstoffe 92, 94, sowie die Stahlhülse 96 abgeschliffen und poliert, um ein im wesentlichen bündig abschließendes und ebenflächiges Ende herzustellen. Um das Zusammensetzten der Hülsen 88 und 96 in einer gemeinsamen (nicht gezeigten) äußeren Hülle zu erleichtern, wurde der Außendurchmesser der Hülsen 88, 96 im wesentlichen gleich gewählt, obgleich die Innendurchmesser unterschiedlich waren, um die unterschiedlichen Außenabmessungen der beiden optischen Faseranordnungen unterzubringen.The applicability of the connector construction according to the present invention for establishing an optical coupling between optical fibers of different diameters is shown in FIG. In this figure is a silica fiber
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200 µm in diameter with a cladding layer 84 made of silicone material with a low refractive index and a 75 µm thick cladding
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permanently fixed in a sleeve 88 made of stainless steel with a 19 µm thick layer of an adhesive (e.g. epoxy resin). After securing the optical fiber assembly in the ferrule 88, the fiber and ferrule ends were ground and polished as discussed above to produce a convex face on the fiber that is about 12 microns at the fiber axis and about 25 microns below the face plane of the ferrule 88 is embedded on the outer edge of the fiber. In this embodiment, the recess was made in the same manner as explained for the fibers in FIGS. The right part of the connector construction in FIG. 4 has a fiber core 92 made of silicon dioxide with a diameter of 100 μm with a 125 μm thick sheath 94 made of silicon. In this embodiment, a jacket (not shown) on the cladding layer was first removed to facilitate the use of a stainless steel sleeve having a smaller diameter. The sleeve 96 was then secured to the shell 94 with an organic adhesive 98 in the manner described above. As shown in FIG. 3, the fiber and laminates 92, 94, and steel sleeve 96 were abraded and polished to produce a substantially flush and flat end. In order to facilitate the assembly of the sleeves 88 and 96 in a common outer sleeve (not shown), the outer diameter of the sleeves 88, 96 was chosen to be essentially the same, although the inner diameters were different in order to accommodate the different outer dimensions of the two optical fiber assemblies.

Während die mit den Fig. 1 - 4 dargestellten Ausführungsformen die Kopplung von zwei optischen Fasern betreffen, lässt sich die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf die optische Kopplung einer optischen Faser mit einem anderen optischen Element anwenden. Die Fig. 5 zeigt die Kopplung zwischen einer optischen Faser und einem zugehörigen optischen Element, d.h. einer Lumineszenzdiode (LED). In dieser Ausführungsform wurde ein Faserkern 100 aus Polymethylmethacrylat mit einemWhile the embodiments illustrated with FIGS. 1-4 relate to the coupling of two optical fibers, the present invention can equally be applied to the optical coupling of an optical fiber to another optical element. Figure 5 shows the coupling between an optical fiber and an associated optical element, i.e. a light-emitting diode (LED). In this embodiment, a fiber core 100 made of polymethyl methacrylate with a

Durchmesser von
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µm mit einer 25 µm dicken Hüllschicht 102 aus Acrylesterpolymerisat mit geringem Brechnungsindex mit einer 50 µm dicken Schicht eines organischen Klebers (bspw. des Epoxynharzes 106) in einer Hülse 104 aus nichtrostendem Stahl festgelegt. Die Hülse wurde mit einem Innendurchmesser von 660 µm und einem Außendurchmesser von 1016 µm gewählt, so dass ein konzentrischer Spalt für die 50 µm dicke Kleberschicht blieb. In dieser Ausführungsform wurde die Vertiefung im optischen Faserkern 100 hergestellt, indem zunächst der Kern in die Hülse 104 so eingesetzt wurde, dass die Faser über die Hülse hinaus vorstand. Nach dem Abbinden des Klebers 106 wurden die Enden der Faser und der Hülse rechtwinklig zur Faserachse flachgeschliffen. Die unterschnittene Vertiefung des Kerns 100 wurde hergestellt, indem zunächst die abgeschliffene Stirnfläche mit einer Polierscheibe aus syntetischem poromerem Material wie dem Produkt "Politex Pix" der Fa. Geos Company, die mit 0,3 mm-Aluminiumocid-Poliermittel getränkt war, gelappt wurde. Nach dem gemeinsamen Polieren dieser Elemente für die Dauer von etwa einer Minute erwies sich der Faserkern 100 an der Achse zu etwa 38 µm an der Kernkante zu etwa 75 µm unterschnitten. Die Hülse und der unterschnittene Faserkern lassen sich bequem stumpf auf eine Halteplatte 108 aufsetzen, in der eine Lumineszenzdiode 110 oder ein anderes optisches Element in einer isolierten Vertiefung sitzt, so dass die Fläche der Diode bündig mit derdiameter of
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µm with a 25 µm thick coating 102 made of acrylic ester polymer with a low refractive index with a 50 µm thick layer of an organic adhesive (for example the epoxy resin 106) in a sleeve 104 made of stainless steel. The sleeve was chosen with an inner diameter of 660 μm and an outer diameter of 1016 μm, so that a concentric gap remained for the 50 μm thick adhesive layer. In this embodiment, the recess in the optical fiber core 100 was made by first inserting the core into the sleeve 104 so that the fiber protruded beyond the sleeve. After the adhesive 106 had set, the ends of the fiber and sleeve were ground flat at right angles to the fiber axis. The undercut recess of the core 100 was produced by first lapping the abraded end face with a polishing pad made of synthetic poromeric material such as the product "Politex Pix" from Geos Company, which was impregnated with 0.3 mm aluminocide polishing agent. After these elements were polished together for a period of about one minute, the fiber core 100 turned out to be about 38 μm undercut on the axis by about 75 μm on the core edge. The sleeve and the undercut fiber core can be conveniently butted onto a holding plate 108 in which a luminescent diode 110 or another optical element sits in an isolated recess so that the surface of the diode is flush with the

Platte 108 abschließt. Setzt man die Stahlhülse 104 in einem (nicht gezeigten) geeigneten Gehäuse stumpf auf diese Platte auf, ist die Stirnfläche des optischen Faserkerns 100 dennoch durch einen schmalen Spalt geschützt, so dass weder die optische Faser noch die Diode splittern oder zerkratzt werden können und die dadurch verursachten optischen Verluste vermieden sind.Complete plate 108. If the steel sleeve 104 is placed butt on this plate in a suitable housing (not shown), the end face of the optical fiber core 100 is nevertheless protected by a narrow gap, so that neither the optical fiber nor the diode can splinter or be scratched and thereby caused optical losses are avoided.

Wie oben erläutert, erhält man die Vertiefung der optischen Faser unter die Abschlußebene der zugehörigen Hülse aus der unterschiedlichen Abriebrate der verschiedenen Elemente unter bestimmten gewählten Bearbeitungsbedingungen. Es hat sich bspw. herausgestellt, dass optische Faserkerne aus Siliziumdiocid und Hülsen aus nichtrostendem Stahl der US-Normart 304 unterschiedlich stark abgearbeitet werden und sich die erwünschte vertiefte Faserstirnfläche ergibt, wenn man ein weiches poromeres Polierwerkzeug verwendet, dass man mit Ferrioxid-Rouge als Poliermittel tränkt. Ebenso hat sich ergeben, dass optische Faserkerne aus einem Kunststoff wie Polymethylmethacrylat in Hülsen aus nichtrostendem Stahl die gewünschte vertiefte Stirnfläche der Faser nur erbringen, wenn man sie auf einen weichen poromeren Werkstoff poliert, den man mit einem Aluminiumocid-Poliermittel getränkt hat. Andere Poliermittel lassen sich ebenfalls einsetzten, müssen aber mit den vorgegebenen Eigenschaften des optischen Faserkerns, der Hülse und der Plierwerkzeugfläche zusammen aus- gewertet werden, um die Eignung für die Herstellung der gewünschten eingelassenen Stirnfläche zu ermitteln.As explained above, the depression of the optical fiber below the terminating plane of the associated sleeve is obtained from the different wear rates of the various elements under certain selected processing conditions. It has been found, for example, that optical fiber cores made of silicon diocide and sleeves made of stainless steel of the US standard type 304 are machined to different degrees and the desired deepened fiber end face results when a soft poromeric polishing tool is used with ferric oxide rouge as the polishing agent soaks. It has also been found that optical fiber cores made of a plastic such as polymethyl methacrylate in sleeves made of stainless steel only produce the desired recessed end face of the fiber if they are polished on a soft poromeric material that has been soaked with an aluminum oxide polishing agent. Other polishing agents can also be used, but they have to match the specified properties of the optical fiber core, the sleeve and the plating tool surface. be evaluated in order to determine the suitability for the production of the desired recessed end face.

Die Hülsen, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen für die vorliegende Erfindung brauchbar sind, sind vorzugsweise handelsübliches Röhrchenmaterial wie bspw. das Röhrchenmaterial aus nichtrostendem Stahl der Fa. Vita Needle company, Needham, Massachusetts, V.St.A.; dieses Material ist in Normabmessungen und -toleranzen, aber auch speziell gefertigt in einer breiten Vielfalt von Außen- und Innendurchmesser erhältlich. Durch geschickte Wahl der Norm- oder speziell gefertigten Röhrchengrößen lässt sich also eine große Anzahl unterschiedlicher Koppelstrukturen erstellen, mit denen sich optische Fasern und zugehörige optische Elemente praktisch beliebiger Abmessungen einfach und leicht miteinander koppeln lassen.The sleeves which are useful in the embodiments described above for the present invention are preferably commercially available tubing material such as, for example, the stainless steel tubing material from Vita Needle Company, Needham, Massachusetts, V.St.A .; this material is available in standard dimensions and tolerances, but also specially manufactured in a wide variety of outside and inside diameters. By skillfully choosing the standard or specially manufactured tube sizes, a large number of different coupling structures can be created with which optical fibers and associated optical elements of practically any dimensions can be simply and easily coupled to one another.

Wie oben erläutert, wird das Ende der Faser/Hülse-Kombination vorzugsweise poliert, so dass die Faserstirnfläche leicht konvex wird, wobei der in der Achse liegende Faserteil der Abschlussebene der Hülse am nächsten aber trotzdem vertieft liegt. Vorzugsweise liegt der Axialteil der Faser weniger als 75 µm hinter der Abschlußebene der Hülse und weist einen Krümmungsradius von nicht weniger als dem Faserdurchmesser auf. In einem typischen Beispiel ergab sich der Krümmungs- radius auf dem Faserende zu etwa 375 µm bei einem Kerndurchmesser von 200 µm; mit diesen Werten wirkt das konvexe Faserende als Fokussierlinse mit einer Brennweite von 0,84 mm. Auf diese Weise werden von der Faserachse divergierende Strahlen in der Faser fokussiert, so dass mehr Licht auf die angrenzende Faser bzw. das angrenzende optische Element übergekoppelt wird. Beläßt man die Faserenden mit ebenen Stirnflächen, divergiert ein größerer Anteil der aus der Achse fallenden Lichtstrahlen so weit, dass er nicht mehr auf das angrenzende Element auftreffen kann. Die konvexe Fläche der polierten Faser ist daher von besonderem Wert für eine verbesserte Kopplung zwischen Fasern oder zwischen einer einzelnen Faser und einem zugehörigen optischen Element wie bspw. einer Lichtquelle oder einem Photodetektor. Eine solche konvexe Fläche ist besonders nützlich, wo die Kopplung auf zugehörige Elemente wie eine Lumineszendiode oder eine andere, sehr kleine Lichtquelle erfolgt, deren Abmessungen im Vergleich zu der Querschnittsfläche des Faserkerns klein sind.As explained above, the end of the fiber / sleeve combination is preferably polished so that the fiber end face becomes slightly convex, with the fiber part lying in the axis closest to the end plane of the sleeve but nevertheless recessed. The axial part of the fiber is preferably less than 75 μm behind the terminating plane of the sleeve and has a radius of curvature of not less than the fiber diameter. In a typical example, the curvature radius on the fiber end of about 375 µm with a core diameter of 200 µm; With these values, the convex fiber end acts as a focusing lens with a focal length of 0.84 mm. In this way, rays diverging from the fiber axis are focused in the fiber, so that more light is coupled over to the adjacent fiber or the adjacent optical element. If the fiber ends are left with flat end faces, a larger proportion of the light rays falling from the axis diverges so far that it can no longer strike the adjacent element. The convex surface of the polished fiber is therefore of particular value for improved coupling between fibers or between a single fiber and an associated optical element such as a light source or a photodetector. Such a convex surface is particularly useful where the coupling is to associated elements such as a luminescent diode or other very small light source, the dimensions of which are small compared to the cross-sectional area of the fiber core.

Die oben beschriebenen Figuren sind dahingehend beispielhaft, dass sie das Vorliegen eines elastischen Gehäuses zeigen oder voraussetzten, das die Hülsen umschließt, in denen die Fasern oder zugehörigen optischen Elemente festgelegt sind, um die axiale Ausrichtung beizubehalten. In einer weiterenThe figures described above are exemplary in that they show or assume the presence of a resilient housing that encloses the sleeves in which the fibers or associated optical elements are secured to maintain axial alignment. In another

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein solches Gehäuse auch starr ausgeführt sein, wobei man eine mechanische Spanneinrichtung - bspw. eine Feder oder einen elastischen O-Ring oder dergl. wie bei den elektrischen Koaxialverbindern des Typs BNC vorsieht, um die Faser/Hülsekombination axial in Berührung zu halten, während man die erforderliche Axialausrichtung aufrechterhält.Embodiment of the present invention, such a housing can also be made rigid, whereby a mechanical tensioning device - for example a spring or an elastic O-ring or the like. As in the electrical coaxial connectors of the BNC type is provided in order to axially contact the fiber / sleeve combination while maintaining the required axial alignment.

In der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde wiederholt Bezug genommen auf die relativen Abriebgeschwindigkeiten der Hülse und der in dieser festgelegten optischen Faser unter vorgegebenen Polierbedingungen. Dass die Abriebgeschwindigkeit der Elemente nicht unmittelbar im Zusammenhang mit deren Härte steht, lässt sich aus dem Vergleich ersehen, dass die Härte einer typischen Hülse aus nichtrostendem Stahl etwa 5,7 moh beträgt, während die eines typischen Siliziumoxidkerns etwa 7 moh ist. Entsprechend kann die Querschnittsfläche einer typischen Hülse aus nichtrostendem Stahl etwa 31,6 x 10[hoch]-8 m[hoch]2 betragen, während die Fläche des Siliziumoxid-Faserkerns etwa 3,14x10[hoch]-8 m[hoch]2 ist. Der selektiv stärkere Abhub des optischen Faserkerns gegenüber der umgebenden Hülse kann daher nicht getrennt genommenen Parametern wie bspw. der relativen Härte oder der Querschnittsfläche zugeschrieben werden; vielmehr muß man ihn im Zusammenhang mit der Zusammensetzung der gewählten Poliermittel, der Härte bzw. Abrieb- geschwindigkeit dieses Poliermittels und den verschiedenen Bedingungen sehen, unter denen das Polieren erfolgt.In the above description of the present invention, repeated references have been made to the relative abrasion speeds of the ferrule and the optical fiber defined therein under given polishing conditions. The fact that the abrasion speed of the elements is not directly related to their hardness can be seen from the comparison that the hardness of a typical sleeve made of stainless steel is about 5.7 moh, while that of a typical silicon oxide core is about 7 moh. Similarly, the cross-sectional area of a typical stainless steel sleeve can be about 31.6 x 10 [high] -8 m [high] 2 while the area of the silica fiber core is about 3.14x10 [high] -8 m [high] 2 . The selectively stronger lift of the optical fiber core compared to the surrounding sleeve cannot therefore be ascribed to parameters that are taken separately, such as, for example, the relative hardness or the cross-sectional area; rather, it has to be considered in connection with the composition of the selected polishing agent, the hardness or abrasion See the speed of this buff and the various conditions under which it will be buffed.

Claims

1. Connector for optically coupling an optical fiber to an associated optical element such as, for example, another optical fiber, a light source or a photodetector, characterized by (a) a housing element (12) with inner walls which form a channel between an opening in the rear part (16), into which an optical fiber (36) can be inserted and forms an opening in the front part through which the inserted fiber can protrude, the front part at the opening wearing out less quickly than a protruding fiber when both under predetermined polishing conditions are polished, and with a device (26) which can accommodate a carrier for an associated optical element such as, for example, a further optical fiber, a light source or a photodetector, in order to keep a fiber end on the front part axially aligned with the associated optical element and to enclose the interface between the two optical elements, thus optical losses due to debris at the fiber end, and by (b) means (38) for permanently locking the fiber in the channel so that it cannot move in the channel such that one end of the fiber protrudes beyond the front , and after the fiber has been permanently set, the front part and the protruding fiber end can be ground to a substantially flat end face perpendicular to the axis and then polished under the predetermined conditions so that the fiber end is polished smooth and, as a result of the different material removal speed, slightly in the Front part of the housing element is deepened, wherein the depression of the fiber end face creates a small gap between the end face and the associated optical element, which prevents impairment of the optical efficiency, which can result if the fiber end as a result of contact with other elements during repeated manufacture or sol The joint or in use is chipped or scratched.

2. Connector according to claim 1, for the optical coupling between two optical fibers, with two matching housing elements, which can each receive and hold one end of one of the optical fibers, characterized in that a front part of each housing element and the protruding fiber end are ground to in essential level

To generate end faces that are at right angles to the associated axes, that at least one of the fiber ends is polished smooth and, due to the different material removal speed under the specified polishing conditions, is slightly recessed in the front part of the associated housing element and that the housing elements that match each other receive and enclose both fibers in such a way that the substantially flat front parts of both housing elements are held axially butt against one another.

3. Connector according to claim 1 for the optical coupling of an optical fiber to a further optical element such as a light source, a photodetector, etc., characterized in that the housing element can accommodate and hold one end of the optical fiber and that a matching housing element (108 ) has a front part which has a substantially flat end that can be butted onto the flat front part of the other housing element and encloses and positions the optical element (119) located therein so that the fiber lying recessed in the front part of the first-mentioned housing element is optically coupled to the associated optical element when both housing elements are plugged together such that their front parts butt against each other.

4. Connector according to one of claims 1 to 3, characterized in that the front part of the housing element consists of a metallic material which can be used together with an optical fiber with a core made of plastic or glass.

5. A connector according to any one of claims 1 to 4, characterized by at least two resilient, mating housing elements (16, 28), one of which is attached to a fiber with a recessed end face and the other of which is attached to the associated optical element, the resilient elements being assembled under pressure to maintain axial alignment.

6. Connector according to one of claims 1 to 5, characterized in that the housing element has at least one tubular sleeve (18, 32) which is fixed in the housing, through which a circular opening extends so that the channel through the housing for receiving and for fixing the optical fiber used and which is abraded less quickly than the fiber under the predetermined polishing conditions, so that a fiber end is deepened in the sleeve end during polishing.

7. Connector according to claim 6, characterized in that the housing element further comprises a second tubular sleeve (30) which is fixed in the housing, through which a circular opening with substantially the same diameter as the outer diameter of the first sleeve (18, 32 ) runs, into which at least a part of the first sleeve can be inserted with a recessed fiber end located in this and in the other end of which a further sleeve with the same outer diameter of the first sleeve is fixed in the other fiber, can be inserted in such a way that the smaller sleeves are axially aligned with one another and butt against one another.

8. A method for optically coupling an optical element with an associated optical element such as, for example, a further optical fiber, a light source or a photodetector, characterized in that (a) a housing element is provided with inner walls which form a channel between an opening in the rear Part into which an optical fiber can be inserted and form an opening in the front part through which an inserted fiber can protrude, the front part being worn away less quickly than the fiber when both are polished under predetermined conditions, (b) a Insert the fiber in the back part so that one end of the fiber protrudes beyond the front part, (c) permanently locks the protruding fiber in the housing member against movement, (d) grinds the protruding end of the fiber and the front portion to create substantially coplanar faces on the front portion and the fiber which are perpendicular to the axis, and (e) the coplanar ones End faces polished under the predetermined conditions so that the fiber end face becomes smooth and, as a result of the different rapid material removal under the predetermined polishing conditions, is slightly recessed in the front part of the housing element, such that when the front part is butted onto the carrier of an associated optical element and the axis the recessed fiber is optically aligned with the element, the recess forms a narrow gap along the axis, which prevents impairment of the optical efficiency, which can result if the fiber ends or other elements during repeated connection and disconnection or in usetouch and splinter or be scratched.

9. The method according to claim 8, further characterized in that one (f) a mating housing element with a substantially planar front part which surrounds an opening extending through the housing element, fitting means for cooperating coupling with the first-mentioned housing element, around the two front parts with axially aligned openings in them butted together and around the front to enclose parts so that no foreign bodies or contaminants can get to the fiber end, and provides with a chamber that can accommodate and define the associated optical element in such a way that the optical element is optically coupled through the front part with the opening, (g) the the associated element is inserted into the matching housing element and (h) the two housing elements are joined together in order to establish the optical coupling.

10. The method according to claim 8, characterized in that an elastic and partially adaptable surface and a polishing agent is provided for polishing and the exposed fiber end and the front part of the housing element are polished with this surface, so that the more abrasion-resistant front part is processed less strongly, while the elastic element is incorporated into the less abrasion-resistant fiber and this preferably lifts off.

11. The method according to claim 8, characterized in that the ends of the fiber and the front part of the housing element are polished under the predetermined polishing conditions for an appropriate duration and with sufficient pressure to produce a slightly convex end face of the fiber, the axial part of which is closer to the front plane of the end part, but is still recessed from this.

12. The method according to claim 11, characterized in that the ends of the fiber and the front part of the housing element are polished with an elastic polishing surface, which consists of a poromeric material with Al [deep] 2O [deep] 3 or small gamma-Fe [ deep] 20 [deep] 3 is soaked as a polishing agent.

13. The method according to claim 11, characterized in that a plastic fiber-steel sleeve combination is produced by first grinding the fiber with SiC with a particle size of 600 mesh flush onto the sleeve and then undercut the fiber by cutting the combination with a poromeric one Polished foil disk which has been soaked with Al [deep] 2O [deep3 with a particle size of 0.3 µm as a polishing agent.

14. The method according to claim 11, characterized in that a combination of a plastic-coated silicon dioxide fiber and a steel sleeve is produced by first grinding the fiber flush onto the sleeve with SiC with a particle size of 600 mesh and then cutting under the fiber end by cutting the combination Polished with a poromeric polishing wheel that has been soaked with Fe [deep] 20 [deep] 3 rouge with a particle size of 1.0 µm.